304不锈钢织物焊接工艺影响因素研究

付成龙，秦怀彬，留国炜，李 斌，门正兴

(成都航空职业技术学院，四川 成都 610100)

热管因具有高传热性、均温性、可设计性等优点使其被广泛应用于能源、航空航天等领域。吸液芯作为热管的重要组成部分之一，在制作与运行过程中起到了非常关键的作用。常用的吸液芯主要包括三大类：丝网吸液芯、沟槽吸液芯以及烧结金属泡沫吸液芯[1，2]。金属丝网吸液芯以其制作方便、成本低廉、传热性好等优点吸引了越来越多研究人员的目光。汤勇等人[3]采用水况工质研究了不同规格的金属丝网在毛细泵热管中的传热效率，实验结果表明复合目数丝网的传热效率要远高于单层丝网。沈妍等人[4]通过建模与实验对比了三角沟槽、金属纤维毡和金属丝网构成组合式吸液芯与三角沟槽和金属丝网的传热效率，发现组合式吸液芯导热系数的稳定性与传热性要远高于三角沟槽和金属丝网吸液芯。唐永乐[5]以丝网型吸液芯和超薄热管为研究对象，开展了理论计算与分析、丝网改性以及传热性能等工作。综上所述，相关人员的研究方向多集中于丝网的传热性能，而对丝网吸液芯的加工过程及其力学性能的研究鲜有报道。

本文聚焦单层金属丝网吸液芯加工过程中力学性能的主要影响因素：丝网目数、搭接方式、焊点间距以及焊接能量等，并以正交试验设计方法进行探讨。

1 试验部分

1.1 试验材料

304不锈钢金属丝网织物，规格：100目/丝径0.08 mm、200目/丝径0.05 mm、300目/丝径0.04 mm，市售。

1.2 试验设备

DNY-75手持点焊机，山东海特沃德自动化焊接装备有限公司；YG026D多功能电子织物强力机，温州纺织仪器厂。

1.3 试验设计

在热管吸液芯的制造加工过程中，许多加工因素都会对产品质量产生影响。例如，丝网目数的大小不仅决定了热管的过滤效能，而且对其刚性和力学性能也会产生影响。若只采用单层丝网加工吸液芯，因单层丝网的目数不同，丝网刚性也不同，目数越小，刚性越大，反之，目数越大则刚性越小。目数越大的丝网加工后的吸液芯焊点线容易发生扭转变形，影响使用。

焊接能量的大小则关系到能否够焊透试样以实现有效连接，能量太大则容易发生击穿引起失效，能量太小则起不到连接作用。

焊点间距则会决定一定长度内焊点的数量，焊点数量的多少对于其力学性能也会产生影响。

鉴于此，本试验选择丝网目数(A)、搭接方式(搭接方式的示意图见图1)(B)、焊点间距(C)、焊接能量(D)四个因素，每个因素选取3个水平，采用四因素三水平的正交试验研究了热管丝网型吸液芯的加工工艺，以期获取热管丝网吸液芯加工的最优工艺，试验因素与水平见表1。

表1 正交试验因素与水平表

1.4 试样制备与测试

本试验选择100目、200目、300目不锈钢金属丝网织物进行同规格组合，即100目+100目、200目+200目、300目+300目。依次按照表1的试验参数进行丝网下料与焊接，丝网搭接宽度为3 mm，其焊接过程如图1所示。参照GB/T 3923.1-2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》的要求对其进行拉伸断裂强力的测试。

图1 试样搭接方式示意图

图2 丝网焊接示意图

2 试验结果与分析

测试试样拉伸断裂强力，为了保证测试结果的稳定性，每组试验编号下重复5次试验，结果取其平均值，测试结果见表2；对试验数据进行分析，极差分析结果见表3，方差分析结果见表4。

表2 试样拉伸断裂强力测试结果

根据表2、表3的测试结果，以直观分析法进行统计分析，可知各试验因素的极差值依次为RA=41.917、RB=443.17、RC=146.71、RD=51.863，通过极差可以看出各因素对试样拉伸断裂强力的影响顺序为：搭接方式(B)>焊点间距(C)>焊接能量(D)>丝网目数(A)。同时，从表4可以看出，因素B对丝网连接的拉伸断裂强力的测定值影响显著，因素C次之，试验因素D与A的影响不太显著，与极差分析结果一致。

表3 试样拉伸断裂强力极差及优化案分析

表4 方差分析结果

搭接方式对试样的拉伸断裂强力影响最为显著，这主要是由于搭接方式中，对角方向的搭接点最多、长度方向次之，宽度方向最少，但由于本试验采用轴向拉伸，测试时施加载荷的方向与织物长度方向相同；而对角搭接的试样其焊点均匀分布于对角线而非试样中心线，在试验载荷加载时，平行于载荷方向的纱线直接承受载荷，而与加载方向成夹角的纱线则不能完全承受载荷。此外，从本试验的拉伸断裂伸长率的趋势可知，试样在对角搭接的值要远小于其长度方向，因此对角搭接的试样在测试时不能在夹持的长度方向发挥全部力学性能，故而其力学性能没有长度方向搭接好。

由于因素A、B、C、D的K1最大，因此确定的最佳试验工艺组合为A1B1C1D1，即丝网目数100目、搭接方式为长度方向、焊点间距2 mm、焊接能量170 mAh时，试样的拉伸断裂强力最高。

3 结语

综合试验因素以及测试结果分析，选择合适的试验因素配比可以提高试样的力学性能。根据试验结果，得出影响试样拉伸断裂强力评判标准的优先级次序为：搭接方式、焊点间距、焊接能量、丝网目数。直观分析和方差分析综合可得最优试验方案为A1B1C1D1，即丝网目数100，搭接方式为长度方向，焊点间距2 mm，焊接能量170 mAh。